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第十五章eMMC讀寫測試實驗

eMMC是一種嵌入式多媒體存儲卡，它具有存儲容量大、傳輸速度快、易于使用等優(yōu)點，主要應(yīng)用于對存儲容量有較高要求的消費電子產(chǎn)品，如智能手機、平板電腦和車載導(dǎo)航等。本章我們將使用MPSOC開發(fā)板學(xué)習(xí)如何對eMMC卡進(jìn)行讀寫操作。
本章包括以下幾個部分：
1515.1簡介
15.2實驗任務(wù)
15.3硬件設(shè)計
15.4軟件設(shè)計
15.5下載驗證

15.1簡介

eMMC的英文全稱是Embedded Multi Media Card，即嵌入式多媒體卡（又叫嵌入式存儲卡），eMMC是MMC協(xié)會所訂立的內(nèi)嵌式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，主要是針對手機或者平板電腦為主，是一種非易失性的存儲器件。
eMMC采用統(tǒng)一的MMC標(biāo)準(zhǔn)接口，把高密度的NAND Flash以及Device Controller（也叫Flash控制器）封裝在一顆BGA芯片中，從而減少了對PCB主板空間的占用。Flash控制器用于對Flash進(jìn)行管理，相比于直接將NAND Flash接入到Host端（MPSOC開發(fā)板），eMMC 屏蔽了NAND Flash的物理特性，可以減少Host端軟件的復(fù)雜度，讓Host端專注于應(yīng)用，省去對NAND Flash進(jìn)行特殊的處理。同時，eMMC通過使用Cache、Memory Array等技術(shù)，在讀寫性能上也比NAND Flash要好很多。
正是由于eMMC采用統(tǒng)一的MMC標(biāo)準(zhǔn)接口，使得我們可以像操作SD卡一樣操作eMMC，SD卡和eMMC的接口和傳輸協(xié)議類似，只不過SD卡是一種外置卡，方便插拔；而eMMC是直接焊接在主板上，其連接性更為可靠，讀寫速率也更高。所以，eMMC更像是直接焊接在主板上的SD卡，我們甚至能看到，有些網(wǎng)友將廢舊手機上的eMMC拆下，飛線到讀卡器卡槽中，把eMMC當(dāng)成TF卡來使用。
MPSOC開發(fā)板板載的eMMC芯片型號是KLM8G1GETF，存儲容量為8GByte，可以用于存儲一些用戶數(shù)據(jù)，其和MPSOC開發(fā)板的連接示意圖如下：

圖 15.1.1 MPSOC開發(fā)板和eMMC連接示意圖
CLK：時鐘信號，用于對命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。
RST：復(fù)位信號。
CMD：雙向信號，用于對器件進(jìn)行初始化和傳輸命令。
DAT0~7：雙向數(shù)據(jù)信號。
隨著eMMC協(xié)議的版本迭代，eMMC總線的速率也越來越高。為了兼容舊版本的eMMC Device，所有Devices在上電啟動或者Reset后，都會先進(jìn)入兼容速率模式（Backward Compatible Mode）。在完成eMMC Devices的初始化后，Host可以通過特定的流程，讓Device進(jìn)入高速率模式。在兼容速率模式下，eMMC的時鐘頻率范圍是0~26Mhz；而在高速率模式下，時鐘頻率最高可達(dá)200Mhz。
eMMC為并行數(shù)據(jù)接口，且為半雙工通信，如果想提高傳輸速率，需要提高時鐘和數(shù)據(jù)的頻率。由于eMMC是并口，快速并行接口同步就是一個瓶頸了，即便同步問題解決了，信號之間的串?dāng)_也是無法避免的。因此對于更高帶寬傳輸?shù)膱鼍?，一般采用UFS（Universal Flash Storage，通用閃存存儲），UFS閃存是基于串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)打造，其內(nèi)部存儲單元與主控之間雖然只有兩個數(shù)據(jù)通道，但由于采用串行數(shù)據(jù)傳輸，其實際數(shù)據(jù)傳輸時速遠(yuǎn)超基于并行技術(shù)的eMMC閃存。此外UFS閃存支持的是全雙工模式，所有數(shù)據(jù)通道均可以同時執(zhí)行讀寫操作，在數(shù)據(jù)讀寫的響應(yīng)速度上也要凌駕于eMMC閃存，但同時其成本也更高。

15.2實驗任務(wù)

本章的實驗任務(wù)是通過Xilinx Vitis自帶的FATFS庫，完成對eMMC讀寫的功能，并將讀寫測試結(jié)果通過串口打印出來。

15.3硬件設(shè)計

我們的MPSOC開發(fā)板上板載了一個eMMC（U16），原理圖如下圖所示：

圖15.3.1 eMMC原理圖
圖中的U19A是KLM8G1GETF芯片原理圖中的一部分，由于eMMC的引腳較多，且大多數(shù)為沒有用到的引腳（NC），因此這里僅貼出關(guān)鍵引腳的原理圖。由上圖可知，eMMC共8個數(shù)據(jù)IO。另外eMMC的IO電平(VCC_PSAUX)為1.8V。
從實驗任務(wù)我們可以畫出如下的系統(tǒng)框圖，DDR中存放和運行程序、SD控制器驅(qū)動eMMC，UART實現(xiàn)串口通信。

圖15.3.2 系統(tǒng)框圖
由系統(tǒng)框圖可知，本次實驗和“SD卡讀寫TXT文本實驗”相比，只是將TF卡替換成eMMC，因為eMMC的MMC接口的驅(qū)動時序和SD卡非常類似，我們完全可以像驅(qū)動SD卡一樣驅(qū)動eMMC，并且eMMC也是支持FATFS文件系統(tǒng)的。所以上圖是在MPSOC嵌入式最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加了SD控制器，用于驅(qū)動eMMC。需要說明的是，eMMC連接的是PS的MIO端口，因此本次實驗沒有用到PL的資源。
我們直接在“Hello World實驗”的基礎(chǔ)上，將工程另存為“emmc_rw”工程。
這里簡單介紹下Zynq Ultrascale+ MPSOC的配置界面，如圖所示。配置界面選擇的是SD0 MIO13…22，接口類型(Slot Type)選擇的是eMMC，Data Transfer Mode選擇8bit，并勾選復(fù)位引腳，如下圖所示：

圖15.3.3 SD卡控制器配置界面
需要注意的是，eMMC的引腳連接到MPSOC的Bank0端口，Bank0的IO電壓為1.8V，因此在MIO的配置界面將Bank0的電壓改為“LVCMOS 1.8V”。
嵌入式系統(tǒng)最終搭建的框圖如圖15.3.4所示：

圖15.3.4 最終原理圖界面
最后導(dǎo)出HardWare，并打開Vitis軟件。
15.4軟件設(shè)計
在硬件設(shè)計的最后，我們打開了Vitis開發(fā)環(huán)境。
在菜單欄中選擇File->New->Application Project，新建一個名為emmc_rw的Vitis應(yīng)用工程。
接下來的操作，和“SD卡讀寫TXT文本實驗”一樣，甚至軟件代碼也可以直接拷貝過來，不用做任何修改，故此處不再贅述。
15.5下載驗證
首先我們將下載器與開發(fā)板上的JTAG接口連接，下載器另外一端與電腦連接。然后使用USB連接線將開發(fā)板上的USB_UART接口(PS_PORT)與電腦連接，用于串口通信。eMMC位于ZYNQ FPGA的右下方位置，如下圖所示。

圖 15.5.1 開發(fā)板上的eMMC位置
最后連接開發(fā)板的電源，給開發(fā)板上電。
軟件下載完成后，在下方的Terminal中可以看到應(yīng)用程序打印的信息“src_str is equal to dest_str, eMMC test success!”，如下圖所示：

圖 15.5.2 打印eMMC讀寫測試結(jié)果
由上圖可知，顯示寫入的字符和讀出的字符一致，說明eMMC讀寫測試成功。
由于eMMC是焊接在開發(fā)板上的，我們不可能像TF卡一樣，在電腦上查看是否有創(chuàng)建“ZDYZ.txt”文本，僅從串口中打印的信息可以得知，eMMC讀寫測試成功。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-463100.html

到了這里，關(guān)于【正點原子FPGA連載】第十五章eMMC讀寫測試實驗 摘自【正點原子】DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis開發(fā)指南的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！